Что такое кондиционирование воздуха?
Промышленные холодильные машины и системы кондиционирования воздуха работают по одному принципу: одно вещество, как правило, это вода или воздух, охлаждается в результате испарения другого вещества, обычно называемого хладагентом. Контур хладагента, содержащий компрессор, испаритель, конденсатор и расширительное устройство, является неотъемлемой частью обеих систем. Тем не менее, холодильная машина и система кондиционирования воздуха существенно отличаются друг от друга, например, компонентами, методами проектирования, режимами работы и условиями, в которых они устанавливаются на производственных предприятиях и коммерческих помещениях, поэтому можно смело сказать, что существует два разных сегмента одного рынка.
Кондиционирование воздуха – это процесс создания и поддержания определенной температуры, относительной влажности и качества воздуха в помещении. Как правило, данный процесс применяется для комфорта людей.
Кроме того, данный процесс применяется на производствах для обеспечения нормальной работы оборудования и машин, которым необходимы определенные окружающие условия, или для создания необходимых условий для определенных производственных процессов, например, сварки, когда выделяется большое количество тепла, которое требуется определенным образом поглощать.
Система кондиционирования воздуха должна сохранять эффективность работы независимо от изменений погоды на улице и регулировать четыре основных параметра: температура, влажность, циркуляция и качество воздуха.
Отличия систем кондиционирования воздуха, рассчитанных на применение на производственных предприятиях и просто для поддержания комфорта пребывания людей в помещениях, не всегда явно заметны. Как правило, система кондиционирования воздуха для производственных предприятий имеет более высокую точность регулирования температуры и влажности воздуха. Некоторые системы дополнительно в определенной степени осуществляют фильтрацию воздуха и удаление загрязнителей.
Система кондиционирования воздуха, рассчитанная просто на поддержание хорошего микроклимата для людей, должна регулировать температуру и влажность воздуха в соответствующих пределах, но при этом есть определенные нюансы, такие как архитектурные особенности зданий, изменения погоды, потребление электроэнергии и уровень шумового давления.
Все это необходимо учитывать для создания действительно идеальных и комфортных условий для людей.
Основной процесс, который лежит в основе кондиционирования воздуха, – это обмен теплом и влагой между средой в помещении, средой за пределами помещения и людьми, находящимися в кондиционируемом помещении.
Основные устройства, используемые для кондиционирования воздуха в промышленных условиях и жилых помещениях:
- Моноблочные кондиционеры, сплит и мультисплит системы для жилых помещений;
- Теплонасосы для жилых помещений;
- Центральные кондиционеры для зданий среднего/большого размера;
- Крышные моноблочные кондиционеры, центральные кондиционеры для небольших зданий;
- Блочные кондиционеры, воздушные кондиционеры для телекоммуникационного оборудования;
- Промышленные холодильные машины и теплонасосы, установки для производства охлажденной или горячей воды для кондиционирования воздуха в помещении или охлаждения оборудования;
- Кондиционеры типа CCU, прецизионные кондиционеры для охлаждения серверных комнат и телекоммуникационного оборудования;
- Вентиляторные доводчики и водяные системы, системы с контурами охлажденной воды и графические терминалы для систем кондиционирования воздуха.
Эти системы кондиционирования воздуха сильно отличаются размерами, сложностью, холодопроизводительностью, разница которой может составлять от нескольких сотен ватт до нескольких мегаватт, устройствами и основными функциями, а именно:
- охлаждение воздуха или воды;
- нагрев воздуха или воды;
- осушение воздуха;
- увлажнение воздуха;
- фильтрация/очистка воздуха;
- смешивание наружного воздуха с воздухом в помещении;
- вентиляция
Бытовые воздушные кондиционеры, к примеру, в основном предназначены для охлаждения в закрытом контуре воздуха, который вытягивается из кондиционируемого помещения. При таком охлаждении воздух осушается, потому что часть содержащейся в нем влаги конденсируется внутри воздушного кондиционера в виде капелек воды, а затем собирается и отводится наружу через резиновую трубку.
Воздушные кондиционеры типа CCU, наоборот, предназначены для установки на важных объектах, в частности, в центрах обработки данных (ЦОД) и залах телекоммуникационного оборудования, где необходимо поддерживать температуру и влажность воздуха в пределах узкого диапазона, поэтому такие кондиционеры не просто охлаждают и при этом осушают воздух, а максимально точно регулируют температуру и влажность в помещении электронагревателями и увлажнителями, соответственно.
Более сложные центральные кондиционеры выполняют все вышеперечисленные функции и обычно размещаются в отдельных технических помещениях.
Холодильные машины вместо воздуха охлаждают воду до температуры примерно 0°C (или ниже, если вода содержит присадки для защиты от замерзания) или нагревают ее по принципу обратного цикла.
Вентиляция, фильтрация, смешивание и простой нагрев осуществляются относительно простыми отдельными устройствами – вентиляторами, фильтрами, воздушными клапанами и электронагревателями и котлами, соответственно, – но принцип регулирования и другие более сложные функции выполняются более сложными системами, например, холодильными установками и увлажнителями (см. разделы “ПЕРЕДАЧА ХОЛОДА (И ТЕПЛА)” и “УВЛАЖНЕНИЕ”).
Кроме того, отдельного внимания заслуживают методы обеспечения холодопроизводительности с использованием испарения жидкости внутри контура, находящегося в контакте с охлаждаемой средой. Принципы, на которых основана данная технология, опять же достаточно сложные.
Кондиционирование воздуха | это… Что такое Кондиционирование воздуха?
Устройство кондиционирования
Кондиционирование воздуха — автоматическое поддержание в закрытых помещениях всех или отдельных параметров воздуха (температуры, относительной влажности, чистоты, скорости движения воздуха) с целью обеспечения оптимальных метеорологических условий, наиболее благоприятных для самочувствия людей, ведения технологического процесса, обеспечения сохранности ценностей.
|
Содержание
|
Цели
Кондиционирование воздуха в помещениях предусматривается для создания и поддержания в них:
- установленных нормами допускаемых условий воздушной среды, если они не могут быть обеспечены более простыми средствами;
- искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями внутри помещения или части их круглогодично или в течение теплого либо холодного периода года;
- оптимальных (или близких к ним) гигиенических условий воздушной среды в производственных помещениях, если это экономически оправдано увеличением производительности труда;
- оптимальных условий воздушной среды в помещениях общественных и жилых зданий, административных и многофункциональных, а также вспомогательных зданий промышленных предприятий.
Кондиционирование воздуха, осуществляемое для создания и поддержания допускаемых или оптимальных условий воздушной среды, носит название комфортного, а искусственных климатических условий в соответствии с технологическими требованиями — технологического. Кондиционирование воздуха осуществляется комплексом технических решений, именуемых системой кондиционирования воздуха (СКВ). В состав СКВ входят технические средства приготовления, перемешивания и распределения воздуха, приготовления холода, а также технические средства холодо- и теплоснабжения, автоматики, дистанционного управления и контроля.
История кондиционирования воздуха
Первые попытки кондиционирования воздуха производились в Персии тысячи лет назад. Персидские устройства охлаждения воздуха использовали способность воды сильно охлаждаться при испарении. Типичный кондиционер тех дней представлял собой специальную шахту, улавливающую дуновение ветра, в которой размещались пористые сосуды с водой или протекала вода из источника.
Воздух в шахте охлаждался и насыщался влагой и, затем, подавался в помещение. Устройство было сравнительно эффективно для жаркого и сухого климата, такой кондиционер не смог бы работать при высокой относительной влажности воздуха.
В Индии летом в качестве двери использовался каркас, обвитый индийской кокосовой пальмой — татти. Сверху двери устанавливалась ёмкость, которая медленно заполнялась водой за счёт капиллярного эффекта в тканях татти. Когда уровень воды достигал определённого значения, ёмкость опрокидывалась, орошая водой дверь, и возвращалась в исходное состояние. Такой цикл многократно повторялся, пока пальма оставалась живой и получала достаточно света (см. ст. Транспирация).
В 1820 году британский ученый и изобретатель Майкл Фарадей обнаружил, что сжатый и сжиженный аммиак охлаждает воздух при испарении. Но его идеи были в значительной степени теоретическими. Электрический способ кондиционирования воздуха был изобретён Уиллисом Кэррьером примерно в 1902 году. Им же была разработана первая система кондиционирования воздуха для типографии в Бруклине (Нью-Йорк).
Летом, при процессе печатания, постоянное изменение температуры и влажности не позволяло добиться качественной цветопередачи. Кэрриер разработал аппарат, который охлаждал воздух до постоянной температуры и осушал его до 55 %. Своё устройство он назвал «аппаратом для обработки воздуха». В 1915 году он и ещё шесть коллег-инженеров основали собственную компанию «Garner Engineering Co.», впоследствии переименованную в «Carrier». Сегодня компания «Кэрриер» — один из ведущих производителей кондиционеров, ей принадлежит 12 % мирового объёма производства кондиционеров.
Сам термин кондиционирование воздуха впервые был предложен в 1906 году Стюардом Крамером, который связывал это понятие с получением кондиционного товара.
Позже дорогие системы кондиционирования воздуха начали применяться для улучшения производительности труда на рабочих местах. Затем сфера применения кондиционирования была расширена для улучшения комфорта в домах и автомобилях. В 1950-х годах в Соединённых Штатах наблюдался взлёт продаж кондиционеров для жилых помещений.
Первые кондиционеры и холодильники использовали токсичные газы, такие как аммиак и метилхлорид, которые приводили к смертельным несчастным случаям в случае утечки. В 1930-х годах по соображениям безопасности фирма Дженерал Электрик выпустила кондиционер, компрессорно-конденсаторный агрегат которого располагался с внешней стороны здания. Это была первая сплит-система.
Первый автомобильный кондиционер имел мощность охлаждения 370 Вт, был создан фирмой С & С Kelvinator Co в 1930 году и установлен на Кадиллаке.
Томас Мидгли младший первым предложил в качестве хладагента использовать дифторхлорметан, названный потом фреоном в 1928 году. Этот хладагент оказался намного более безопасным для людей, но не для озонового слоя атмосферы. Фреон — торговая марка компании Дюпон для всех CFC, HCFC или HFC хладагентов, название каждого включает число, указывающее на молекулярный состав (R-11, R-12, R-22, R-134a). Наиболее часто используется смесь HCFC, или R-22, но планируется отказаться от неё в производстве новых приборов к 2010 году, и совсем избавиться от неё к 2020 году.
R-11 и R-12 больше не изготовляются[источник не указан 1271 день], единственный способ купить их — это очистить газ, находящийся в старых кондиционерах. В наши дни набирает популярность хладагент R-410A, безопасный для озонового слоя Земли, невоспламеняющийся, нетоксичный и энергосберегающий. А еще позже на хладагеты, не содержащие ни хлор, ни фтор, т.е. углеводороды (напр. изобутан – R-600).
В 1980-х годах компанией Toshiba был разработан новый способ управления компрессором, заключающийся в изменении частоты тока электропитания компрессора — инверторные системы.
Способы кондиционирования воздуха
Цикл охлаждения
Принцип работы кондиционера аналогичен принципу работы холодильника.
Основная статья: Парокомпрессионный холодильный цикл
Необходимо отметить, что в реальных условиях обратный цикл холодильной машины состоит из более чем 4 точек: например, при применении винтового компрессора горячие сжатые пары хладагента попадают сразу не в конденсатор, а в маслоотделитель.
И только оттуда направляются в конденсатор. После конденсатора жидкий хладагент, как правило, поступает в ресивер (специальный резервуар), а уже из него направляется в расширительный (дросельный) клапан.
Для нагрева воздуха в помещении кондиционеры переходят в режим работы теплового насоса — конденсатор выполняет роль испарителя, а испаритель роль конденсатора, то есть отводимая теплота конденсации используется для нагрева воздуха.
Контроль влажности воздуха
Обычно перед воздушным кондиционером ставится задача уменьшения влажности воздуха. Достаточно холодный (ниже точки росы) испарительный змеевик конденсирует водяной пар из обработанного воздуха (таким же образом, как и очень холодный напиток конденсирует водяной пар воздуха на внешней стороне стакана), отправляя воду в дренажную систему и, таким образом понижая влажность воздуха. Сухой воздух улучшает комфорт, так как он обеспечивает естественное охлаждение организма человека путём испарения пота с кожи. Обычно кондиционеры позволяют обеспечить относительную влажность воздуха от 40 до 60 процентов.
Установка кондиционера с парогенератором позволяет поддерживать точное значение влажности в помещении.
Испарительные охладители
Вышеупомянутые персидские системы охлаждения были испарительными охладителями. В местах с очень сухим климатом они популярны, так как могут легко обеспечить хороший уровень комфорта. Испарительный охладитель — устройство, которое забирает воздух извне и пропускает его через влажную прокладку. Температура входящего воздуха, измеренная при помощи сухого термометра, уменьшается. Общее же «количество теплоты заключённое в воздухе» (внутренняя энергия) остаётся неизменным. Часть теплоты переходит в скрытую теплоту при испарении воды во влажных и более холодных прокладках. Такие охладители могут быть очень эффективны, если входящий воздух достаточно сухой. Также они дешевле и более надёжны и просты в обслуживании. Похожий тип охладителя, но использующий лёд для охлаждения и увлажнения воздуха, был запатентован американцем Джоном Горри Апалачиколой в 1842 году, который использовал это устройство для охлаждения пациентов в своём госпитале для больных малярией.
Современное кондиционирование воздуха
В наши дни получило распространение проектирование систем кондиционирования воздуха на стадии разработки архитектурного проекта.
В XXI веке всё большее значение приобретает энергосбережение при кондиционировании (стоит вспомнить энергетический кризис в Америке, связанный с пиком потребления энергии кондиционерами[источник не указан 1271 день]). Учитывая ухудшающееся состояние окружающей среды, обеспечение чистого воздуха в помещении является одной из наиболее важных проблем. Кроме того, качество воздуха имеет большое значение в медицине (операционные и родильные боксы), при производстве электроники и в других высокотехнологичных производствах. Для точного поддержания значений температуры и влажности используются прецизионные кондиционеры.
Литература
- Внутренние санитарно-технические устройства. В 2-х ч. Под ред. И. Г. Староверова. // Авт.: В. Н. Богословский, И. А. Шепелев, В. М. Эльтерман и др.
- Стефанов Е. В. Вентиляция и кондиционирование воздуха. — СПб.: АВОК «Северо-Запад», 2005. — 391.: ил. — УДК 697.9 (075.8)
Ссылки
- Выставка Aqua-Therm Moscow – Отопление, вентиляция, кондиционирование и водоснабжение
Что за кондиционер?
И промышленное охлаждение, и кондиционирование воздуха основаны на одном и том же механизме: жидкость, обычно вода или воздух, охлаждается за счет испарения другой жидкости, называемой хладагентом. Контур хладагента, состоящий из компрессора, испарителя, конденсатора и расширительного устройства, является составной частью обеих систем. Тем не менее, между системами охлаждения и кондиционирования воздуха существуют существенные различия, например, в отношении компонентов, методов проектирования, коммерческих или промышленных структур, в которых они установлены, и их эксплуатации, что оправдывает существование двух отдельных рыночных секторов.
Кондиционирование воздуха — это процесс, используемый для создания и поддержания определенных условий температуры, относительной влажности и чистоты воздуха в помещениях. Этот процесс обычно применяется для поддержания уровня личного комфорта.
Он также используется в промышленности для обеспечения правильной работы оборудования или механизмов, которые должны работать в определенных условиях окружающей среды, или, в качестве альтернативы, для выполнения определенных промышленных процессов, таких как сварка, при которых выделяется значительное количество тепла, которое необходимо каким-то образом утилизировать.
Система кондиционирования воздуха должна быть эффективной независимо от внешних климатических условий и включать контроль над четырьмя основными переменными: температурой воздуха, влажностью, движением и качеством.
Различие между промышленным и личным комфортом не всегда четкое. Промышленное кондиционирование обычно требует более точного контроля температуры и влажности.
Некоторые приложения также требуют высокой степени фильтрации и удаления загрязняющих веществ.
Комфортное кондиционирование воздуха, с другой стороны, помимо необходимости удовлетворения личных требований к температуре и влажности, также включает в себя другие области, такие как архитектурный дизайн, прогнозирование погоды, потребление энергии и уровень шума, чтобы воссоздать идеальные условия для психофизиологического благополучия человека. существование.
Основным процессом, лежащим в основе кондиционирования воздуха, является обмен теплом и водяным паром между внутренней и внешней средой и людьми внутри кондиционируемого помещения.
Основными приборами, используемыми в домашнем и промышленном кондиционировании воздуха, являются:
- Моноблочные, сплит-системы или мульти-сплит-системы для домашнего использования;
- Бытовые тепловые насосы;
- Приточно-вытяжные установки для средних/больших помещений;
- Крышные установки, приточно-вытяжные установки для небольших помещений;
- Укрытия, кондиционеры для телефонных станций;
- Промышленные чиллеры и тепловые насосы, агрегаты, производящие охлажденную или горячую воду, которая затем используется для кондиционирования окружающей среды или оборудования;
- Близкие блоки управления, блоки прецизионного охлаждения для серверов или телекоммуникационного оборудования;
- Фанкойлы и гидравлические системы, системы с контурами охлажденной воды и оконечные устройства для кондиционирования воздуха в зданиях.
Они значительно различаются по размеру, сложности и холодопроизводительности, которая может варьироваться от нескольких сотен ватт до мегаватт, компонентам и в целом реализуемым основным функциям кондиционирования воздуха, т. е.:
- Охлаждение воздуха или вода;
- Нагрев воздуха или воды;
- Осушение воздуха;
- Увлажнение воздуха;
- Фильтрация/очистка воздуха;
- Смешивание воздуха внутри помещения с наружным воздухом;
- Вентиляция.
Бытовые кондиционеры, например, в основном охлаждают воздух, поступающий из кондиционируемого помещения в замкнутом контуре. Такое охлаждение также осушает воздух, поскольку часть содержащейся в нем влаги конденсируется внутри кондиционера (в виде капель), а затем собирается и выводится наружу через резиновый шланг.
С другой стороны, блоки управления, предназначенные для критических сред, в которых размещаются серверы или телекоммуникационное оборудование, должны управлять температурой и влажностью воздуха в очень ограниченном диапазоне и, следовательно, не только охлаждать и осушать воздух, но также обеспечивать точное регулирование температуры и регулирование влажности с помощью электронагревателей и увлажнителей.
Более сложные вентиляционные установки включают в себя все функции, описанные выше, обычно размещенные в отдельных отсеках.
Чиллеры работают с водой, а не с воздухом, который охлаждается до температуры около 0°C (или ниже, если смешивается с антифризом) или нагревается путем реверсирования цикла охлаждения.
Вентиляция, фильтрация, смешивание и часто функции обогрева управляются с помощью относительно простых специализированных компонентов, соответственно вентиляторов, фильтров, заслонок и электронагревателей или бойлеров, в то время как основные и более сложные функции управляются такими же сложными системами, как хладагент контуры и увлажнители (см. «ОБЕСПЕЧЕНИЕ ХОЛОДНОЙ (И ГОРЯЧЕЙ)» и «УВЛАЖНЕНИЕ»).
Особо следует упомянуть решение, обычно используемое для обеспечения холодопроизводительности за счет испарения жидкости внутри контура, находящегося в контакте с охлаждаемой средой. Принципы, лежащие в основе этой технологии, опять же довольно сложны..jpg)
Кондиционер | Министерство энергетики
Энергосбережение
Изображение
Три четверти всех домов в США оснащены кондиционерами. Кондиционеры используют около 6% всей электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, при годовой стоимости домовладельцев около 29 миллиардов долларов. В результате ежегодно в воздух выбрасывается около 117 миллионов метрических тонн углекислого газа. Чтобы узнать больше о состоянии воздуха, изучите нашу инфографику Energy Saver 101 о домашнем охлаждении.
В кондиционерах используются те же принципы работы и основные компоненты, что и в вашем домашнем холодильнике. Холодильники используют энергию (обычно электричество) для передачи тепла из прохладной внутренней части холодильника в относительно теплую среду вашего дома; Точно так же кондиционер использует энергию для передачи тепла из внутренней части вашего дома в относительно теплую внешнюю среду.
Изображение
Кондиционер охлаждает ваш дом с помощью холодного внутреннего змеевика, называемого испарителем.
Конденсатор, горячий наружный змеевик, выпускает собранное тепло наружу. Змеевики испарителя и конденсатора представляют собой змеевидные трубы, окруженные алюминиевыми ребрами. Эта трубка обычно изготавливается из меди.
Насос, называемый компрессором, перемещает жидкий теплоноситель (или хладагент) между испарителем и конденсатором. Насос нагнетает хладагент через контур трубок и ребер в змеевиках.
Жидкий хладагент испаряется в змеевике внутреннего испарителя, забирая тепло из воздуха в помещении и охлаждая ваш дом. Горячий газообразный хладагент перекачивается наружу в конденсатор, где он снова превращается в жидкость, отдавая свое тепло наружному воздуху, обтекающему металлические трубки и ребра конденсатора.
На протяжении второй половины 20-го века почти все кондиционеры использовали хлорфторуглероды (ХФУ) в качестве хладагента, но поскольку эти химические вещества наносят ущерб озоновому слою Земли, производство ХФУ в США было остановлено в 1995 году. Почти все системы кондиционирования воздуха теперь используют галогенированные хлорфторуглероды (ГХФУ) в качестве хладагента.
Последний ГХФУ, ГХФУ-22 (также называемый R-22), начал выводиться из эксплуатации в 2010 г. и полностью прекращен в 2020 г. Однако ожидается, что ГХФУ-22 будет доступен в течение многих лет, поскольку он удаляется и повторно используется в старых системах. которые выведены из эксплуатации. Ожидается, что по мере прекращения производства этих хладагентов на рынке будут доминировать озонобезопасные гидрофторуглероды (ГФУ), а также альтернативные хладагенты, такие как аммиак.
- Узнать больше
- Ссылки
Переход на высокоэффективные кондиционеры и другие меры по поддержанию прохлады в доме могут сократить потребление энергии на кондиционирование воздуха на 20-50%. Для получения общей информации о кондиционерах и о том, как лучше их обслуживать, см.:
- Техническое обслуживание вашего кондиционера
- Общие проблемы с кондиционерами
Двумя наиболее распространенными типами кондиционеров являются комнатные кондиционеры и центральные кондиционеры.